KR101275739B1

KR101275739B1 - 파쇄되기 쉬운 평판 가공물 표면에 새긴 금을 따라기계적인 자동 절단법

Info

Publication number: KR101275739B1
Application number: KR1020060043623A
Authority: KR
Inventors: 베른트 크리스토프 호에트젤
Original assignee: 쇼오트 아게
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2013-06-14
Also published as: TWI380959B; CN1868943A; EP1726572A1; ES2324178T3; EP1726572B1; KR20060122703A; DE102005024497B4; TW200702310A; JP4965896B2; US7628303B2; DE102005024497A1; DE502006003358D1; CN1868943B; ATE427918T1; JP2006327928A; US20060266783A1

Abstract

본 발명은 파쇄되기 쉬운 재료, 특히 평판유리로 이루어진 평판 가공물 표면에 서로 직각으로 교차하는 2개의 절단방향으로 각각 일정한 간격을 두고 연속적으로 레이저 광선으로 평행한 금을 새긴 다음, 절단장치를 사용하여 상기 새긴 금을 따라 기계적으로 절단하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법으로 비교적 소형의 구형 가공물로 분할할 수 있다. 이때 한쪽 절단방향(6)을 따라 절단할 때는 절단롤러(8)를 사용하고, 다른 쪽 방향으로의 절단은 절단칼(9)을 사용하는 것이 공개되었다.

본 발명은 고도의 품질과 생산 수율로 평판 가공물을 절단할 수 있도록 하기 위하여, 절단칼(9)의 칼날의 길이를 절단할 평판 가공물의 최소 치수 보다 작게 하고, 절단칼(9)을 해당 절단선(7)을 따라 일정한 길이 만큼 겹쳐서 전진시키면서 사용하는 방법을 제공한다.

이중평판유리, 절단 롤러, 절단칼

Description

파쇄되기 쉬운 평판 가공물 표면에 새긴 금을 따라 기계적인 자동 절단법{METHOD OF MECHANICALLY BREAKING A SCRIBED WORKPIECE OF BRITTLE FRACTURING MATERIAL}

도1은 개략 평면도로서 서로 수직을 이루는 절단선을 따라 36개의 소형 디스플레이 셀(display cell)로 절단될 이중-평판유리를 보여준다.

도2는 새긴 금을 따라 평판유리를 절단하기 위한 절단롤러를 보여주는 개략 측면도 및 개략 단면도이다.

도3은 디스플레이 셀(display cell)의 개략 측단면도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호설명※

이중평판유리(1) 평판유리(2)

TFT-평판유리(3) 단부(段部)(3a)

디스플레이 셀(4) 접착 테두리(5)

수직절단선 (롤러 절단선)(6) 절단선(7a)

절단선(7b) 절단 롤러(8)

절단칼(9)

본 발명은 파쇄(破碎)되기 쉬운 재료, 특히 평판 유리로 이루어진 판형(板形) 가공물 표면에 서로 직각으로 교차하는 2개의 절단방향으로 각각 일정한 간격을 두고 연속적으로 평행한 금을 새긴 다음, 절단장치를 사용하여 한쪽 절단방향을 따라서는 절달롤러를 사용하고, 다른 쪽 절단방향을 따라서는 절단칼을 사용하여 상기 평판 가공물을 기계적으로 절단하는 방법에 관한 것이다.

수많은 기술분야를 위하여 소형의 직각형 평판유리 소자들이 여러 가지의 치수로 소요되고 있다.

그리하여 수정발진기, 표면음파 필터, 전하결합소자(電荷結合素子) 및 이른바 “일렉트로닉 패키징(electronic packaging)”과 같은 초소형 광전자 조립소자들을 패킹할 때, 특히 적어도 한쪽면의 전체 또는 일부분을 박막 유리판으로 폐쇄하는 초소형 용기들이 사용되고 있다. 빈번하게도, 초소형 광전(光電) 조립소자들을 실장(實裝)할 때에도 박판 유리로 이루어지는 케이싱 뚜껑이 사용되고 있다. 이때 상기 소형 박판 유리의 두께(s)는 대표적으로 10 μm ≤ s ≤ 500 μm 범위이다.

상기 초소형 박판 유리는 또한 초소형 전자공학 및 정밀기계공학 조립소자로서 사용되고 있다. 따라서 예를 들어 독일 특허명세서 제DE 196 49 332호에서는 하나의 수정 진동자를 직접 2개의 박판 유리 사이에 위치시켜 결합하는 방법이 공개되었다.

마이크로 및 광전자 조립부품의 패키징의 폐쇄부품으로서 또는 마이크로 전 자 및 정밀기계 조립부품의 구조부품으로서 상기 박판 유리를 사용할 때, 결합은 통상 접착 또는 용접에 의하여 이루어진다. 용접하는 경우에 있어서는, 금속땜 또는 유리땜이 접합물질로서 사용된다. 대부분의 사용예에 있어서는 유리땜이 이용된다.

또 다른 매우 흥미로운 기술적 응용은 핸드폰, 디지털 카메라와 같은 전자장치의 디스플레이 용으로 소형의 직각형 유리판을 제조하는 것이다. 이때 서로 접착된 2개의 유리판으로 이루어진 이른바 디스플레이 셀(display cells)이 특별한 기능을 수행한다. 그중 하나의 유리판은 TFT-기판이고, 다른 하나는 CF-기판(color front substrate)이다. 이 기판들은 두께가 0.2 내지 1.1㎛ 사이의 붕규산염 유리(硼硅酸鹽-)를 사용하는 것이 일반적이다.

그와 같은 소형의 구형(矩形) 유리판의 경제적 제조방식은 선행기술에 따라 예를 들어 독일특허 제DE 100 16 628 A1호에서 기술된 바와 같이 비교적 넓은 크기의 직각형 평판유리를 절단함으로써 이루어진다. 이때 모서리 품질이 절단된 유리판의 견고성에 대하여 결정적인 영향을 미치기 때문에, 모서리 상태에 대한 고도의 품질이 요구된다.

또 한편 상기 디스플레이 셀도 역시 적절한 방법을 사용하여 예를 들어 미국특허 제US 4,277,143호에서 기술된 바와 같이, 넓은 크기의 이중 평판유리를 절단하여 제조된다. 설계에 따라서 하나의 이중 평판유리로부터 200개 까지의 디스플레이 셀을 절단할 수 있으며, 이때 대표적인 디스플레이 크기는 핸드폰(handys)의 디스플레이 포맷에 상응하는 것이다.

최근에는 각각의 평판들을 구형으로 절단하기 위하여 레이저광을 이용한 절단방식이 널리 사용되고 있다. 그와 같은 기술은 널리 알려져 있으므로, 여기서 상세히 기술할 필요가 없다. 여기서는 대표적으로 유럽특허 제EP 0 872 303 A2호, 미국특허 제US 5,609,284호 및 유럽특허 제EP 0 062 484 A1호를 참조하였다. 이때 절단은 원칙적으로 평판유리 위에서 스캐너를 이용하여 레이저광선을 일정한 절단선을 따라 선형(線形)으로 안내되면서 그 뒤에서 냉각점(冷却點)이 뒤따르게 함으로써, 유리가 절단되지 않고, 그 대신 열에너지의 기계력화(機械力化) 변환에 의하여 응력(應力)을 유발(誘發)시켜 오직 일정한 깊이 까지만 금이 새겨지도록 하는 방법으로 이루어진다 이때 새긴 금은 먼저 한쪽 좌표축 방향으로 완전히 새겨진 다음, 그 새긴 금에 대하여 직각으로 다른 쪽 좌표축 방향으로 새겨진다.

디스플레이 셀을 제조하기 위한 2중판유리에 있어서는, 먼저 한 장의 판유리에 금을 새기고, 절단한 다음에 이어서 나머지 판유리를 새기고 절단한다.

서로 직각을 이루고 있는 양쪽 새긴 금 내지 절단방향을 따라 절단하는 순서는 독일특허 제DE 102 57 544 A1호에 따라, 즉, 각각의 판유리를 먼저 제2절단장치의 새긴 금을 따라 절단하고, 이어서 제1절단장치의 새긴 금을 따라 절단하는 것이 바람직하다. 이와 같은 절단기술에 의하여 유리판을 고품질의 요망하는 소형의 직각형 소자들을 고수율(高收率)로 절단할 수 있다는 것이 판명되었다.

상기 금이 새겨진 유리판의 기계적 절단은 미국특허 제US 2005/0061123 A1호에 따라 공지된 방식으로 이른바 절단롤러에 장치된 절단칼을 이용하여 이루어진다. 상기 절단칼은 한쪽 면에만 절단날이 형성되어 길게 연장된 금속 칼날로 이루 어져 있고, 그 위에는 전형적으로 상이한 재료, 예를 들어 경질(硬質) 고무로 피복하여 절단유리가 손상되지 않도록 되어있다.

절단 금이 새겨진 면을 절단 테이블 위에 올려 펴놓은 유리판 위에 기계적으로 조절된 힘으로 상기 새긴 금을 따라 차례차례 압력을 가하는 절단칼의 절단력(切斷力)은 비교적 강하게 작용하게 되고, 물론 이때 유리는 가해지는 “충격(impact)”에 의하여 비교적 “단단하게(hard)” 절단되는 것이다. 공지된 사례(事例)에 있어서는, 절단할 평판유리의 완전한 폭(幅) 내지는 길이에 걸쳐지는 매우 긴 절단칼이 사용되고 있다. 고도의 경제성을 달성하기 위하여, 절단할 평판유리 내지 2중 평판유리의 치수가 점점 증가하고 있기 때문에 상기 절단칼의 날이 마찬가지로 길게 형성되어야 하며, 따라서 이것은 품질 면에서 요구되는 5 내지 10μm 정밀도의 달성을 저해하게 되는 것이다. 공지된 사례에 의하면, 이때 한쪽 절단방향을 따라서는 절단롤러를 이용하고, 다른 쪽 절단방향에 따라서는 절단칼을 사용하여 절단이 이루어지고 있다.

본 발명의 과제는 모두(冒頭)에 기술된 방법을 금이 새겨진 평판 가공물, 특히 평판유리를 전체적으로 고도의 절단 모서리 품질과, 요구되는 고정밀도를 보장하면서 기계적으로 경제적인 자동절단을 할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제는 파쇄(破碎)되기 쉬운 재료로 이루어진 평판 가공물의 표면에 연속적으로 서로 직각으로 교차하는 2개(양쪽)의 절단방향으로 각각 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 복수의 금들을 새긴 다음, 한쪽 절단방향을 연(沿)해서는 절단 롤러를 사용하고, 다른 쪽 절단방향을 연해서는 절단칼을 사용하는 절단가공장치를 이용하여 상기 가공물을 기계적으로 절단하기 위한 본 발명의 방법에 따라, 상기 절단칼의 길이는 절단할 평판 가공물의 최소 치수 보다 작게 만들고, 그 절단칼을 해당 절단선을 연하여 일정한 길이 만큼 중첩시키면서 사용함으로 써 달성된다.

본 발명에 따른 방법에 의하여 넓은 평판 가공물을 경제적인 방법으로, 그리고 5 내지 10 ㎛ 범위의 높은 정밀도로, 또한 고품질의 절단 모서리를 갖는 소형 평판가공물로 절단할 수 있다.

본 발명의 구체적인 실시형태와 개량형태는 종속청구항에 그 특징이 기술되어 있고, 또한 도면을 이용하여 설명되어 있다.

도면에 도시한 실시예를 이용하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 서로 접합된 2개의 평판유리로 이루어진 이중 평판유리(1)를 보여주는 평면도로서, 하나의 전면판, 예를 들어 칼러필터(color filter)를 구비하는 하나의 평판유리(2)와, 폐쇄된 배면(背面)의 TFT-평판유리(3)로 이루어져 있다. 상기 이중 평판유리(1)는 36개의 디스플레이 셀(4)들로 절단되어, 각각 나중의 디스플레이 셀 부위에 접착제(또는 땜유리)를 이용하여 테두리 모양으로 결합되도록 되어있다.

상기 2중-평판유리(1)를 절단하여 개별 디스플레이 셀(4)들을 만들기 위하여, 공지된 방법으로 레이저를 이용하여 상기 이중-평판유리(1)를 양쪽 면에서 접착 테두리(5)들 사이에 미리 설정한 절단선을 따라 금을 새긴다. 이때 수직방향으로는 오직 1개의 절단선(6) 만을 필요로 한다. 왜냐하면 절단선(6)과 접착 테두 리(5) 사이의 간격 "x"는 대칭을 이루는 한에는 똑같기 때문이다. 그와 반대로 수평방향으로는 전면 유리판(2) 위에 2개의 절단선(7)들의 금을 새기도록 되어 있으며, 하나의 절단선(7a)은 각각 위쪽 디스플레이 셀(4)의 하부 테두리 윤곽선에 새기고, 또 하나의 절단선(7b)은 각각 수직방향에 인접된 아래쪽 디스플레이 셀(4)의 상부 테두리 윤곽선에 새긴다. 상기 2개의 절단선(7a, 7b)에 의하여, 전면 평판유리(2)로부터 인접된 수평 디스플레이 셀의 열(列)들 사이에서 좁은 유리 띠가 분리되어 떨어져 나오게 됨으로 써, 도3에 명확하게 도시되어 있는 바와 같이, 평판유리(2)의 아래 부분에 전원접속 블록(electric connector block)을 위한 단부(段部)(3a)를 형성하도록 되어있다.

이때 배면 평판유리(3)는 단지 절단선(7b)을 연해서만 금을 새긴다.

상기 수직 절단선과는 반대로, 수평 절단선(7a, 7b)에 있어서는 도1에 도시한 상이한 간격 치수 "x" 및 ''y"로 표시된 바와 같이 비대칭을 이루고 있다.

본 발명에 따른 이중-평판유리의 절단은 다음과 같이 이루어진다: 제일 먼저, 상기 이중-평판유리(1)의 한쪽 면, 바람직하게는 전면 평판유리(2)에 절단선(6, 7)을 연하여 일정한 간격을 두고 각각 평행한 금을 새긴 다음, 상기 이중-평판유리를 새긴 금 쪽의 면을 아래로 향하게 하여 절단 테이블 위에 올려놓고, 진공을 이용하여 고정시킨다. 이어서 첫 번째 절단공정에서 제1공구를 사용하여 절단선(6)을 따라 첫 번째 방향으로 절단된다. 그 다음 도2에 측면도와 단면도로 도시된 절단 롤러(8)가 적절하게 조절된 압축력으로 정확히 레이저 새긴 금 위로 안내된다. 이와 같이 가해지는 기계적 압축력은 상기 레이저 새긴 금 위에 인장응력(引張應力)을 작용하고, 유리판의 내부로 침투하여 유리판을 완전히 절단하게 된다.

상기 절단 롤러(8)의 재료는 전형적으로 에보나이트(ebonite)로 이루어져 있다. 따라서 상기 절단 롤러(8)는 유리를 아주 부드럽게 충격 없이 절단한다. 상기 롤러 공구(-工具)는 매우 얇게 만들어져 있기 때문에, 복수의 절단 롤러들을 동시에 평행하게 장치하여 사용할 수 있다. 이때 모든 절단롤러들은 압축력을 개별적으로 조절된다. 상기 절단 롤러들은 새긴 금을 따라 오직 롤러 운동으로만 개열(開裂)시켜 절단하지만, 복수의 절단 롤러들을 평행하게 동시에 사용함으로써 수직 절단선(6)들을 연하는 첫 번째 절단은 매우 신속히 이루어진다.

상기 절단선(6)을 연하는 1차 절단이 이루어진 다음에는 2차 공정에서 상기 새긴 금이 아래쪽으로 면하여 절단 테이블 위에 놓여있는 이중-평판유리(1)는 두 번째 절단방향, 즉, 절단선(7)을 연하여 절단된다. 이때 사용되는 절단공구는 절단칼이다. 이때 절단칼의 절단력은 상기 절단 롤러 보다 훨씬 강하기 때문에 그에 따라 기계의 기초구조를 강하게 설계되어야 한다. 물론 구조물의 크기와 절단력은 복수의 절단칼들을 평행한 절단선을 따라 동시에 투입하는 것을 제한할 것이다.

그러나 1개의 절단칼의 길게 형성된 칼날 때문에 복수의 수직 절단선에 걸쳐 절단되므로 수평방향 절단도 비교적 신속히 이루어진다.

특히 절단의 정확성을 방해하지 않도록 하기 위하여 상기 절단 칼날의 길이를 사용될 평판유리의 치수, 여기서는 수평 폭의 치수와 똑같지 않게 제작하는 것이 유리하다는 것이 판명되었다. 도1에 도시한 바와 같이, 2개의 수직선들을 지나 약간 길게 연장된 짧은 날을 갖고있는 절단칼(9)을 사용하여, 도1의 아래쪽에 도시 된 바와 같이, 각각 약간씩 겹치면서, 날 끝을 해당(該當) 수식 절단선(6)과 가지런하게 맞추어 칼을 세 번(三回) 동작시키는 것이 유리하다.

이와 같은 방법으로 절단선(6)과 절단선(7)의 교차점에 있어서도 깨끗한 절단이 이루어진다.

절단칼은 비대칭 절단을 할 가능성이 있기 때문에, 따라서 도시된 상기 실시예에 있어서는 새긴 금(7)을 연하는 절단은 1개의 절단칼로 이루어진다. 이때 절단부위의 대칭부분은 평판유리들 사이에 생기는 접착 테두리(5)를 말한다. 도1에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 접착 테두리(5)들은 상기 롤러 절단선(6)의 좌우 측으로 정확히 동일한 간격(x)을 갖는다. 이와 같은 배열은 절단롤러의 사용을 가능케 하여준다.

그러나 수평방향에서 절단선(7a, 7b)들의 해당 접착 테두리(5)들에 대한 간격은 서로 상이(y > x)하며, 따라서 비대칭이다. 만약 절단선(7a, 7b)을 연하여 하나의 절단 롤러로 작업한다면, 수직 방향의 절단은 일어나지 않지만, 유리 안으로 수직으로 생긴 레이저 금에서부터 시작하여 이른바 랜싯(lancet)을 형성하는 절단이 생기게 될 것이다. 절단칼로 절단할 때는 이러한 현상을 방지하게 된다. 왜냐하면 절단칼이 절단부위를 전체 칼 길이에 걸쳐 동시에 열어주며, 이에 반하여 절단 롤러로 절단할 때는 절단부위가 절단 롤러의 전진이동과 더불어 열리기 때문이다.

상기 절단칼에 의한 절단 결과는 결국 절단 롤러에 의하여 절단할 때의 절단품질과 동일하게 양호한 품질을 보여준다.

상기 이중-평판유리(1)의 한쪽 평판유리를 절단한 다음 이중-평판유리(1)를 - 아직 붙어있는 - 뒤집어서, 다른 쪽 평판유리에 마찬가지로 상응(相應)한 금을 새긴다. 금을 새긴 다음에 이중-평판유리(1)의 금이 새겨진 면을 다시 아래쪽으로 향하게 하여 절단 테이블 위에 올려놓고 고정시킨 다음, 첫 번째 평판유리와 동일한 방법으로 절단이 이루어진다.

절단 결과로서, 수직선을 이루고, 랜싯(lancet)을 형성함이 없는 양호한 품질을 달성할 수 있다.

상기 평판유리판의 금을 새기는 작업은 레이저광을 이용하여 실시하는 것이 바람직하다. 그러나 평판유리를 기계적으로 금을 새기는 것, 즉, 예를 들어 종래의 절단 바퀴(cutting wheel)를 사용하는 것도 원칙적으로 고려될 수 있다.

본 발명의 방법에 의하여, 기계적으로 또는 레이저광으로 금을 새긴 가공물, 특히 2개의 유리기판을 서로 접착된 디스플레이 셀(4)들을 2개의 공구를 이용하여 단지 일정한 순서에 따라 절단하는 것이다. 본 발명의 방법에 특별한 것은 레이아웃에 따라 상이한 2개의 공구들을 사용하는 것이다. 여기서 중요한 것은 대개의 경우 첫 번째 공구로서 사용되는 절단 롤러와 그 다음 절단칼이다.

Claims

파쇄(破碎)되기 쉬운 재료로 이루어진 평판 가공물 표면에 서로 직각으로 교차하는 2개의 절단방향으로 각각 일정한 간격을 두고 연속적으로 평행한 금을 새긴 다음, 절단장치를 사용하여 한쪽 절단방향(6)을 따라서는 절단롤러(8)를 사용하고, 다른 쪽 절단방향(7)을 따라서는 절단칼(9)을 사용하여 상기 평판 가공물을 기계적으로 절단하는 방법에 있어서,

상기 절단칼(9)의 칼 길이는 절단할 평판 가공물의 최소 치수 보다 짧고,

상기 절단칼(9)은 해당하는 절단선(7)을 따라서 일정한 길이 만큼 겹치면서 사용되는 것을 특징으로 하는 평판가공물의 절단방법.
제1항에 있어서,

레이저 광선(光線)을 이용하여 상기 평판 가공물의 절단방향(6, 7)을 따라 금을 새기는 것을 특징으로 하는 절단방법
제1항에 있어서,

절단용 소형 바퀴를 이용하여 상기 절단방향을 따라 금을 새기는 것을 특징으로 하는 절단방법.
제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기계적 절단은 수동으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절단방법.
제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기계적 절단은 기계장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절단방법.
제1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서,

평판 가공물로서 평판유리가 사용되는 것을 특징으로 하는 절단방법.
제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,

평판 가공물로서 이중-평판유리(1)가 사용되며, 이때 상기 이중-평판유리(1)는 2개의 평판유리(2, 3)들을 서로 결합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 절단방법.
제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,

절단선(6)을 따라 대칭 절단을 하기 위하여 절단롤러(8)를 사용되는 것을 특징으로 하는 절단방법.
제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,

절단선(7)을 따라 비대칭 절단을 하기 위하여 절단칼(9)을 사용하는 것을 특징으로 하는 절단방법.
제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,

먼저 한쪽의 평판유리에 금을 새기고, 절단한 다음, 다른 쪽 평판유리에 금을 긋고, 절단하는 것을 특징으로 하는 절단방법.